制作一個(gè)PM2.5測(cè)試儀

材料準(zhǔn)備

PM2.5粉塵傳感器1個(gè)

TPYBoard v102開發(fā)板1塊

5110顯示屏或者oled顯示屏1塊

杜邦線若干

PM2.5粉塵傳感器工作原理

PM2.5粉塵傳感器

PM2.5粉塵傳感器的工作原理是根據(jù)光的散射原理來開發(fā)的，微粒和分子在光的照射下會(huì)產(chǎn)生光的散射現(xiàn)象，與此同時(shí)，還吸收部分照射光的能量。

當(dāng)一束平行單色光入射到被測(cè)顆粒場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到顆粒周圍散射和吸收的影響，光強(qiáng)將被衰減。如此一來便可求得入射光通過待測(cè)濃度場(chǎng)的相對(duì)衰減率。而相對(duì)衰減率的大小基本上能線性反應(yīng)待測(cè)場(chǎng)灰塵的相對(duì)濃度。光強(qiáng)的大小和經(jīng)光電轉(zhuǎn)換的電信號(hào)強(qiáng)弱成正比，通過測(cè)得電信號(hào)就可以求得相對(duì)衰減率，進(jìn)而就可以測(cè)定待測(cè)場(chǎng)里灰塵的濃度。在傳感器的中間有一個(gè)洞，這個(gè)洞可以讓空氣在里面流通。在洞的兩個(gè)邊緣 ，一面安裝有一個(gè)激光發(fā)射器，另一面安裝有激光接收器。這樣一來，空氣流過這個(gè)小洞，空氣里的顆粒物呢就會(huì)擋住激光，從而產(chǎn)生散射，另一面的接收器，是依據(jù)接收到的激光強(qiáng)度來發(fā)出不同的信號(hào)的（其實(shí)就是輸出不同的電壓值）。這樣一來，空氣里的顆粒物越多，輸出的電壓越高，顆粒物越少，輸出的電壓越低。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿真圖所示：

PM2.5粉塵傳感器傳感器數(shù)據(jù)處理

上面說了傳感器的原理，接下來就說說它傳出來的信號(hào)和對(duì)于接收到的信號(hào)的計(jì)算吧。

這個(gè)傳感器的輸出數(shù)據(jù)是靠串口進(jìn)行傳輸?shù)模瑐鞲衅鲿?huì)通過串口每10ms不到（一般3～4ms）發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的類型大致是個(gè)“0X00”這樣的16進(jìn)制的數(shù)據(jù)。每次的數(shù)據(jù)會(huì)以“0XAA”作為起始端，以“0XFF”作為結(jié)束端。共7個(gè)數(shù)據(jù)位，7個(gè)數(shù)據(jù)位中包含了起始位，結(jié)束位，數(shù)據(jù)高位，數(shù)據(jù)低位，數(shù)據(jù)高校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)低校驗(yàn)位和校驗(yàn)位（校驗(yàn)位是怎樣計(jì)算出來的，下面會(huì)講到）。數(shù)據(jù)格式大致如下：

其中校驗(yàn)位長(zhǎng)度=Vout（H）+Vout（L）+Vref（H）+Vref（L）的長(zhǎng)度。

數(shù)據(jù)的組成一共是有7個(gè)數(shù)據(jù)位，但是只有Vout（H）和Vout（L）這兩個(gè)數(shù)據(jù)才是我們真正所需要的。我們需要依照這兩個(gè)數(shù)據(jù)算出來串口輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而通過數(shù)模轉(zhuǎn)換公式來計(jì)算出輸出的電壓。進(jìn)一步的通過比例系數(shù)計(jì)算出空氣中顆粒物的數(shù)量。下面來說一下怎么計(jì)算。

傳感器輸出的數(shù)據(jù)分為高位和低位，其中呢Vout（H）為高位，Vout（L）為低位。因?yàn)榇趥鬟M(jìn)來的Vout（H）和Vout（L）是16進(jìn)制的，第一步先轉(zhuǎn)化成10進(jìn)制的（這個(gè)大家都會(huì)，不多說了）。然后根據(jù)這兩個(gè)輸出值的10進(jìn)制數(shù)計(jì)算出串口輸出數(shù)值的電壓。

公式如下（其中Vout（H）和Vout（L）是已轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制的）：

Vout=（Vout（H）*256+Vout（L））/1024*5

這樣就算出來了他輸出出來的電壓了，再根據(jù)比例系數(shù)A，就可以計(jì)算出空氣中的顆粒物的值了。（A的值一般是在800到1000，具體的數(shù)值還要根據(jù)你買到的傳感器的精度，準(zhǔn)確度和誤差值進(jìn)行確定。我現(xiàn)在用的是800。）

PM2.5檢測(cè)儀整體接線方法

下面我們將PM2.5粉塵傳感器和5110顯示屏與PTYBoard連接起來：

硬件接線圖